斜拉桥悬臂施工索力计算及控制技术分析

匿隧圆　口：　路桥建设　斜拉桥悬臂施工索力计算及控制技术分析　摘要：斜拉索是斜拉桥的重要组成部分，它承担了斜拉桥在施工阶段和成桥后正常运营阶段的大部分荷载。斜拉索的索力合理　与否直接决定了斜拉桥施工阶段结构的受力安全和成桥后结构内力的合理分布。本文结合湖南某高速公路大桥施工过程中的索力　控制实例，介绍多根钢绞线组合索体在斜拉桥悬臂施工过程中索力的计算－９控制技术。　关键词：斜拉桥；悬臂施工；索力；计算；施工控制　１工程概况　湖南某高速公路大桥为预应力混凝土独塔双索面斜拉桥，桥跨５０ｍ＋　１２７ｍ＋１９０ｍ＝３６７ｍ。主梁截面采用１Ｔ形，顶宽３４ｍ，梁高２．４ｍ，肋宽２ｍ，桥面板　厚３２ｃｍ。斜拉索为双索面扇形布置，单侧索面全桥共布置２１对斜拉索共８４根，　纵向标准问距为８ｍ和７ｍ。索体采用单根环氧喷涂防护钢绞线，多根并置集束　后外套哈弗ＨＯＰＥ套管进行索体防护。斜托索在塔柱内单端整体张拉，固定端　设在主粱底面以上０．５ｍ高度。　主梁悬臂浇筑梁段共４Ｏ段（西岸ｌ９段为Ａ１～Ａ１９、东岸２１段为Ｂｌ－Ｂ２１），节　段长度为８ｍ（Ａ２～Ａ１５、Ｂ２～Ｂ２１）和７　ｍ（Ａ１、Ｂ１、ＡＩ６～Ａ１９）。合龙段５．３５　ｍ、４．５　ｍ（Ａ２０、Ｂ２２）。　２设计成桥索力拟定　斜拉桥设计目标索力　的原则是，施加时对主梁、　主塔的受力要尽量合理，　以减小不利弯矩，索力施　加后要求梁平塔顺。在忽　’（；　ｔａ．　略主梁和索塔的抗弯刚度　情况下，主、边跨拉索的水　图１索力初拟计算图示　平分力相等（图１）。　根据图１可建立索力平衡方程如下：　ＴＫ＝　／ｃｏｓ０Ｋ＝Ｆ　／ｃｏｓ０Ｋ＝Ｇｒｒｄ（ｔａｎ０　‘ｃｏｓ０ｕ）　则得边跨相应索支承的恒载质量Ｇｂ：　Ｇ　・ｓｉｎ０　＝Ｇｍ・ｔａｎ０Ｊｔａｎ０　由此方法进行全桥的索力初拟，并经过可行性调索计算，使主梁、主塔的　应力合理。　３施工中初步张拉索力的确定　斜拉索施Ｔ过程中的张挣力拟定，需据混凝土浇筑过程中挂篮的受力和　主梁的受力共同确定，索力的拟定需考虑对标高的影响，还需对温度影响进　行修正。因此，每一个索力的给出，必须明确是在哪个温度和哪个标高下的索　力，以利于进行索力和标高的双控，使得桥梁在线形外观和结构受力上都达　到好的效果。　施工阶段索力和桥面标高的拟定，是根据设计成桥后的线形为参考，对　结构进行虚拟倒拆并逐段进行分析，计算每卸除一个施工段对剩余结构影响　的计算。得出施工阶段拟定索力后，再加上施工阶段的人工、机具、模板、挂篮　等施工荷载，对拟定的索力进行修正，用修正后的索力进行施工。　该大桥斜拉索张拉分为三个步骤。斜拉索在挂索时张拉一次，目的是调　整主梁立模标高；浇筑主梁每节段的一半混凝土后张拉一次，目的是为支承　一半节段混凝土的重力，确保浇筑安全；浇筑完成后养护合格，张拉主梁预应　力后，对斜拉索进行第三　次张拉，即完成斜拉索的　体系转换，第三次张拉为　斜拉索的初张拉。　３．１悬浇施工索力　确定　第一次张拉和二次　张拉索力确定，是利用　图２挂篮示意　结构力学分析并建立有　。３８８・　限元模型计算，本桥前支点挂篮构造简图如图２所示。　计算模型是以挂篮主纵梁为两跨连续梁，拉索临时锚固点、前锚杆、后锚　杆为竖向支承，止推键为轴向约束，计算在挂篮自重、底模标高的状态下保持　挂篮受力平衡斜拉索的索力。但是在实际施工中，还需扣除已浇梁段的悬臂　端因挂篮的前、后锚杆作用力而产生上抬量，此上抬量根据施工经验取值，本　桥取值为１５ｃｍ以内。在计算二次张拉时，把５０％的主梁重力加载，即可得相应　Ｔ况下的索力。　根据前支点挂篮简图，可　以得出挂篮的受力简图如图３　所示。如取前锚杆的拉应力、后　锚杆的压应力作为控制条件，　则可以得出二次张托的索力范　围。空载挂篮时的第一次张拉　Ｉ　，ｌ　力通过设定浇筑梁段重Ｗ＝０计　图３第一、二次张拉受力示意　算得。　３．２体系转换索力确定　第三次张拉（体系转换完成后的索力）：由于后浇梁段对先浇梁段的高程　以及索力有影响，且混凝土的收缩、徐变影响甚大，所以在拟定索力的时候，不　可避免要同时拟定与之相对应的预拱度，以确定合理的施Ｔ程序，索力拟定需　要与斜拉索各次张拉力和预拱度预留综合考虑，其确定过程是个复杂的计算　过程。本桥利用交通部科研所的公路桥梁计算软件ＧＱＪＳ进行计算，计算在施　工中主梁及主塔的应力是否超限，并得出主梁在施工过程中的高程变化状况。　进行施工模拟计算时，需计算出各个施工阶段状态下主梁和主塔的位　移、内力、应力，并与施工实际实测数据进行对比，以便在施工过程中控制主　梁、主塔的位移和受力不超限的前提下，保证结构安全，保证索力、主梁标高　满足要求。　４施工过程的监控　由于施工实际情况要比施工模拟计算复杂，在施工过程中需要对主梁及　主塔机构几何形状、斜拉索索力、主要截面应力、主梁挠度变化、立模定位情　况、索塔位移等进行监控，以便对桥梁的施工效果与模拟情况进行对比，发现　异常偏差立即采取纠偏。过程中将实测标高与桥梁目标标高进行对比，该桥　梁实测标高与目标标高基本一致，说明过程控制效果良好。　５斜拉索索力施加　斜拉索索力的施加与主梁施工、挂篮施工密切相关，其索力施加分四个　阶段，即：第一次张拉阶段、二次张拉阶段、体系转换阶段和终拉阶段。斜拉桥　是多点弹性支承体系，斜拉索的索力施加，与桥面标高密切相关。每一次张拉　和节段不同的浇筑阶段，主梁标高都有变化。理论上斜拉索的每一个阶段张　拉，都应有唯一的桥面标高，在施工中应控制好每个阶段标高，使标高与斜拉　索的受力相符合，但是实际中很难达到完全吻合。因斜拉索的受力对塔梁变　形有影响，理论与实际往往存在误差，故施工过程中的控制，往往以前几阶段　的施工实际情况作为参考。　５．１第一次张拉阶段　第一次张拉在安装斜拉索的时候进行，本桥采用先安装单根ＰＥ钢绞线集　束后装外套管的施工方法，因挂索和转换是单股进行，后张拉的每一索股对　已张拉完成的索股均有影响。为了使单股张拉的索力均匀，张拉采用等力法　进行。完成挂索张拉后，张拉力没有能达到施丁要求的，可以通过塔内大吨位　千斤顶进行调整。　５．２第二次张拉阶段　（下转第３９６页）　路桥建设　４．２　１１贮存　漏测试，连续３次达到检测标准，改为每１００环抽查１块管片做检漏测试，连续３　管片在内弧面醒目处注明管片型号、生产１３期和钢模编号，堆放排列对　次达到检测标准，按最终检测频次为２００环抽查１块管片做检漏测试。　应整齐，并搁置在柔性垫条上，垫条厚度一致，搁置部位正确。　７、管片抗弯试验　管片抗弯试验是按标准图和设计要求的试验参数及检验指标对盾构隧　道管片进行结构性能检验，测定管片的承载力、挠度和裂缝宽度，并在荷重下　对管片的水平位移进行测试。每单位Ｔ程做一次抗弯试验。　５、管片的三环拼装　三环拼装是检验管片尺寸误差、相互连接成整体组装质量的重要环节。　表２管片水平拼装检验允许偏差及检验方法（１００环／次）　项目　环向缝间隙　纵向缝间隙　成环后内径　成环后外径　允许偏差ｍｉｌｌ　２　２　±２　＋６～２　检验频率　每环测６点　每条缝测２点　测４条（不放衬垫）　测４条（不放衬垫）　检测方法　塞尺　塞尺　钢卷尺　钢卷尺　８、结束语　随着城市地铁建设的发展，盾构机得到越来越广泛的应用，而盾构施工中　的管片生产是盾构工艺的第一步。了解管片的生产Ｔ艺及控制要点，最大程　度上保证管片产品的质量，从而避免工程质量事故。　参考文献：　６、检漏测试　管片检漏测试采用标准块进行试验，检验管片混凝土的抗渗能力是否达　到设计要求，从而为评价管片的耐久性提供依据。检漏标准按照设计抗渗压　［１】ＴＢ１０７５３—２ｏ１ｏ《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》【ｓ］．北京：中国铁道　出版社．２０１１：１５７　［２】宋书显盾构大体积管片裂纹分析．隧道建设Ⅱ】，２００６年第６期　［３］ＴＢ１０４２４—２０１０｛｛￣路混凝土工程施工质量验收标准》【ｓ］．北京：中国铁道出　版社．２０１１：４９　力恒压２ｈ，渗水深度不超过管片厚度的１／５为合格。每５０环抽查１块管片做检　（上接第３８８页）　在浇筑到梁段一半混凝土时，需要对斜拉索进行二次张　全桥合龙后，需要对二期荷载上桥以前进行全桥线形测量，与设计全桥　线形对比分析，进行调索。调索的次数越多，对工期的影响就越大，且对于夹　拉。斜拉索的二次张拉采用大吨位千斤顶在塔端整体张拉，但塔内空间有限，　伸长量不能太长，太长则千斤顶尾部会相碰。为了减少二次张拉的伸长量，在　片锚固来说，调索会损伤夹片的锚固效果。调索的原则为尽量少调或者最好　第一次张拉的时候，加大第一次张拉力，把伸长量尽可能多地在梁底拉出，张　不调。索力调整过后，应测量全桥标高，再次对比目标标高与实测标高，确保　拉端和锚固端夹片回缩总值按１０ｍｍ计。二次张拉是整个挂篮受力最大的阶　成桥线形。　段，其张拉力的取值，应考虑挂篮的承受能力。随着斜拉索的索长变长，索的　水平角变小，挂篮前端斜拉索临时锚固处受力越来越大，施工中应注意对此　处挂篮的监控以确保挂篮结构的安全。　５．３第三次张拉阶段　６结语　对于采用单根钢绞线集合成索体的斜拉桥，采用以上方法去分析及控制　索力，可以较好地控制主桥线形、结构内力。通过对施工过程中的各项监控数　第三次张拉分为两个步骤，即体系转换和调整转换张拉力。体系转换是　据分析与对比，各个施工阶段桥梁的实测标高与目标标高基本一致，各重要截　把斜拉索的锚固端从挂篮前端，转移到主梁上的一个过程。体系转换即采用　面的内力均满足要求，既保证了施工过程中结构安全，提高施工速度，又能减　等力张拉法，张拉转换每一根钢绞线，在放松千斤顶时单根钢绞线都有一个　小大桥合龙后的索力调整工作量，对大桥运营后的养护是有利。该大桥成桥后　回缩损失值，在用等力张拉法张拉时，实际张拉力应该是压力传感器的值与回　梁平塔顺，行车舒适，该索力计算分析和控制方法可以应用到类似工程中。　缩损失值之和。以下游ｃ８　为例（通过分析施工时的记录表），对已经转换的第一　股斜拉索会产生２．１—２．２ｋＹ的损失，张拉下一股的时候，需加上２．１—２．２ｋＮ￥ｂ偿。　参考文献：　［１］交通部第一公路工程总公司．桥涵［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２０００．　［２］ＪＴＣＶｒＦ５０－－－２０１　１公路桥涵施工技术规范『Ｓ１．　『３］ＧＢ５００１７－－２００３钢结构设计规范ｆＳ１．　随着索的长度增大，索的水平夹角变小，根据计算的索力来张拉，测得的实际索　力往往偏小，为了使张拉后的实测索力符合要求，往往要把索力加大，以消除长　索摩擦力损失。调整转换张拉力，应在塔端用大吨位千斤顶对称同步进行。　５．４成桥索力调整　【４】周水兴，何兆益，邹毅松．路桥施工计算手册ｆＭ】．北京：人民交通出版社，　２００５．　（上接ｇ３９４￣）　表５　ＡＲ—ＯＳＭＡ一１３配合比设计检验指标要求　使用胶轮压路机。橡胶沥青混合料施工碾压建议采用５台双钢轮振动压路机，　压实工艺分为初压、复压和终压。初压采用２台压路机静压１遍，振动碾压３遍，　复压采用２台压路机振动碾压３遍，终压采用１台压路机以静压方式碾压１－２遍　以消除轮迹，压路机应以缓慢而均匀的速度碾压。　（３）质量检验。橡胶沥青混合料路面施工质量检查项目、检查方法、检查频　率和质量要求参照相关规范和标准，交工验收按国家相关标准进行。　３结语　高性能、低成本的橡胶沥青具有很好的耐高温、抗低温能力；增加了路面　使用温度下的弹性；提高了路面抗反射裂缝以及抗疲劳能力和较好的抗车辙　能力。另外，橡胶沥青中因为掺加了胶粉，以胶粉改性沥青所铺设的路面可有　效减少路面厚度，维修费用低，寿命长，因此其寿命周期成本低，具有极大的　社会效益，也符合国家节能减排和大力发展循环经济的宏观经济。　注：①谢伦堡沥青析漏试验在施工最高温度下进行：②车辙试验试件不得采用经二次加热　重塑成型的试件。　参考文献：　哪交通部公路科学研究院橡胶沥青及混合料设计施工技术指南『Ｍ１．北京：人　民交通出版社．２００８．　（２）施工要求。压实是保证沥青面层质量的重要环节，应选择合理的压路　机组合方式及碾压步骤。为保证压实度和平整度，初压应尽量在摊铺后较高　温度下及时进行。为防止橡胶沥青粘结橡胶轮胎，ＡＲ—ＳＭＡ沥青混合料不宜　【２］孙祖望橡胶沥青技术应用指南『Ｍ１．北京：人民交通出版社，２００７．　【３］凌天清，董强，黄营营等．橡胶沥青在灌入式半柔性路面中的应用【｝ｌ＿１长安　大学学报：自然科学版，２００９．２９（６）：２８—３１　‘３９６・